JP5738535B2

JP5738535B2 - 振動発電システム

Info

Publication number: JP5738535B2
Application number: JP2010032589A
Authority: JP
Inventors: 竜太井上
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011172352A

Description

本発明は、振動発電システムに関する。

近年、建築物等の構造物や地盤に発生する振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する発電装置が提案されている。建築物等の構造物や地盤に発生する振動の中でも地震動は、振動の振幅が大きいので大きな発電量が得られる。しかし、発生頻度が低く、また、振動継続時間が短いため、充分な発電量は期待できない。

そこで、人の歩行により生じる歩行振動、列車や自動車の走行により生じる交通振動、設備機器の稼働による機械振動、電子機器の操作時に生じる振動等の各種振動の振動エネルギーを、電気エネルギーに変換して電力を発生させる発電装置が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、これらの振動は、地震動等と比較してその振幅が小さいため、発電装置において充分な発電量を確保できない場合がある。

一方、特許文献２には、機械室で発生する低周波の騒音を遮音する防振壁の振動の振動エネルギーを、電気エネルギーに変換する発電装置が提案されている。この特許文献２の発電装置５００では、図３５に示されるように、静磁界発生装置５０２が発生する静磁界内に配置されたコイル５０４に、防音壁５０６の振動を伝達して振動させ、コイル５０４の振動エネルギーを電気エネルギーに変換している。そして、防音壁５０６の振動をコイル５０４に伝達する板バネ５０８を、防音壁５０６に共振させることにより、防音壁５０６の振動を増幅して発電効率を高めている。

しかしながら、特許文献２は、防音壁５０６の壁面から張り出した取付部材５１０に、振動を増幅してコイル５０４に伝達する板バネ５０８を取り付ける構成であるため、取付部材５１０の張り出し量に応じて、発電装置の設置スペースが大きくなる。

特開平１０−６６３２３号公報特開２００５−５７８２０号公報

本発明は、上記の事実を考慮し、振動発電装置の設置スペースを小さくすることを目的とする。

請求項１に記載の振動発電システムは、振動体と、前記振動体の振動面に形成された開口内に配置されて該開口を塞ぐ蓋体又は振動板と、前記振動面に取り付けられ、前記蓋体又は前記振動板を揺動可能に支持すると共に該振動面の振動を前記蓋体又は前記振動板に伝達する取付部材と、を有し、前記蓋体又は前記振動板の振動を前記振動面よりも増幅させる振動増幅手段と、前記蓋体又は前記振動板に取り付けられ、該振動面の一部の振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置と、を備える。

上記の構成によれば、振動増幅手段は、振動体の振動面に形成された開口内に配置されて当該開口を塞ぐ蓋体又は振動板と、振動面に取り付けられ、蓋体又は振動板を揺動可能に支持すると共に当該振動面の振動を蓋体又は振動板に伝達する取付部材と、を有している。この蓋体又は振動板には、振動発電装置が取り付けられている。これにより、蓋体又は振動板の振動が振動発電装置に伝達され、振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

ここで、蓋体又は振動板の振動は、振動増幅手段によって振動体の振動面よりも増幅される。この振動増幅手段は、例えば、蓋体又は振動板を振動面に共振させることにより、蓋体又は振動板の振幅を増幅させる。これにより、振動発電装置の発電効率が向上する。

また、蓋体又は振動板に振動発電装置を取り付けるため、従来の発電装置５００（図３５参照）のように、振動面としての防音壁５０６に、当該防音壁５０６の壁面から張り出す取付部材５１０を固定し、更に取付部材５１０に防音壁５０６の振動を増幅する板バネ５０８を取り付ける構成と比較して、振動発電装置の設置スペースが小さくなる。従って、小さい設置スペースに振動発電装置を設置することが可能となるため、振動発電装置の設置自由度が向上する。
請求項２に記載の振動発電システムは、振動体と、前記振動体の振動面に、該振動面の一部を囲むように形成された複数の溝孔間に設けられた溝孔間リブを有し、前記振動面の一部の振動を、該一部を囲む前記複数の溝孔の外側の部分よりも増幅させる振動増幅手段と、前記振動面の一部に取り付けられ、該振動面の一部の振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置と、を備える。

請求項３に記載の振動発電システムは、請求項１又は請求項２に記載の振動発電システムにおいて、前記振動体が、内部に流体が流れる流路を有している。

上記の構成によれば、振動体が、その内部に流体が流れる流路を有している。従って、流路を流れる流体によって振動体が加振され、振動体の振動面が振動する。この振動面の振動が振動増幅手段によって増幅され、蓋体又は振動板等に取り付けられた振動発電装置に伝達される。従って、振動発電装置の発電効率が向上する。

請求項４に記載の振動発電システムは、請求項１〜３の何れか１項に記載の振動発電システムにおいて、複数の支持部材で支持されるダクト又は配管の外面であり、前記蓋体又は前記振動面の一部が、前記ダクト又は前記配管の長手方向に隣接する前記支持部材の支持点間の中央部に位置している。

上記の構成によれば、ダクト又は配管が複数の支持部材で支持されている。これらのダクト又は配管の外面が振動面とされており、ダクト又は配管の長手方向に隣接する支持部材の支持点間の中央部に、蓋体又は振動面の一部が位置している。

ここで、ダクト又は配管が、隣接する支持部材の支持点を支点として一次モードで振動した場合、これらの支持点間の中央部でその振幅が最大となる。従って、支持部材の支持点間の中央部から外れた位置に蓋体又は振動面の一部がある場合と比較して、蓋体又は振動面の一部の振動が大きくなる。よって、振動発電装置の発電効率が向上する。

なお、ここで云う支持部材とは、ダクト又は配管を吊り下げる吊り材や、床等に設けられてダクト又は配管を支持するアングル、フレーム等を含む概念である。

請求項５に記載の振動発電システムは、請求項４に記載の振動発電システムにおいて、前記支持部材が、前記ダクト又は前記配管を建物に吊り下げる吊り材である。

上記の構成によれば、支持部材が吊り材とされており、この吊り材によってダクト又は配管が建物に吊り下げられている。そして、ダクト又は配管の長手方向に隣接する吊り材の支持点間の中央部に、振動面の一部が位置している。

ここで、ダクト又は配管が、隣接する吊り材の支持点を支点として一次モードで振動した場合、これらの支持点間の中央部でその振幅が最大となる。従って、吊り材の支持点間の中央部から外れた位置に振動面の一部がある場合と比較して、当該振動面の一部の振動が大きくなる。よって、振動発電装置の発電効率が向上する。

請求項６に記載の振動発電システムは、請求項１〜３の何れか１項に記載の振動発電システムにおいて、前記振動面が、角型ダクトの側面であり、前記側面が、該側面から突出した複数のリブで該角型ダクトの長手方向に仕切られ、前記蓋体又は前記振動面の一部が、前記リブで仕切られた前記側面の中央部に位置している。

上記の構成によれば、振動面が角型ダクトの側面とされている。この側面には、当該側面から突出する複数のリブが設けられており、角型ダクトの側面が長手方向に仕切られている。このようにリブで仕切られた角型ダクトの側面の中央部に、蓋体又は振動面の一部が位置している。

ここで、リブで仕切られた角型ダクトの側面が、隣接するリブ及び当該側面の角型ダクトの長手方向に沿った端部を支点として一次モードで振動した場合、当該側面の中央部でその振幅が最大となる。従って、リブ間の中央部から外れた位置に蓋体又は振動面の一部がある場合と比較して、蓋体又は振動面の一部の振動が大きくなる。従って、振動発電装置の発電効率が向上する。

なお、角型ダクトの側面とは、上下左右の４つの面を含む概念である。

本発明は、上記の構成としたので、振動発電装置の設置スペースを小さくすることができる。

本発明の第１実施形態に係る振動発電システムが適用されたダクトを示す、立面図である。本発明の第１実施形態に係るダクトの要部を示す、斜視図である図２の１−１線断面図である。本発明の第１実施形態に係る振動発電システムを示す、振動モデルである。本発明の第１実施形態に係る発電部の共振曲線を示す、グラブである。本発明の第１実施形態に係る発電部の共振曲線を示す、グラブである。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図３に相当する断面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図３に相当する模式図である。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図３に相当する拡大断面図である。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図３に相当する拡大断面図である。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図３に相当する拡大断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る振動増幅手段の変形例を示す、図３に相当する断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る振動増幅手段の変形例を示す、図３に相当する断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る振動増幅手段の変形例を示す、図３に相当する断面図である。本発明の第１実施形態に係る振動増幅手段の変形例が適用されたダクトを示す、斜視図である。（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る振動増幅手段の変形例が適用されたダクトを示す、斜視図であり、（Ｂ）は、図１６（Ａ）の２−２線断面図である。本発明の第１実施形態に係るダクトの変形例を示す、分解斜視図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るダクトの変形例を示す、横断面図である。本発明の第１実施形態に係るダクトの変形例を示す、平面図である。本発明の第１実施形態に係るダクトの振動状態を示す、説明図である。（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るダクトを下から見た斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る支持ピッチ調整手段が適用されたダクトを下から見た斜視図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、支持ピッチ調整手段が適用されたダクトを下から見た図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る支持ピッチ調整手段が適用されたダクトを下から見た斜視図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る支持ピッチ調整手段が適用されたダクトを横から見た図である。（Ａ）は、従来のダクトを示す立面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る調整用ダクトユニットが適用されたダクトを示す立面図である。（Ａ）は、従来のダクトを示す立面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る調整用ダクトユニットが適用されたダクトを示す立面図である。本発明の第２実施形態に係る振動発電システムが適用された配管を示す、横断面図である。本発明の第３実施形態に係る振動発電システムが適用された階段を示す、斜視図である。（Ａ）は、図２８の３−３線断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る踏板の変形例を示す、図２８の３−３線断面図に相当する断面図である。本発明の第３実施形態に係る階段を示す、側面図である。（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係る階段を示す側面図であり、（Ｂ）は、図３１（Ａ）の４−４線断面図である。本発明の第３実施形態に係る階段の変形例を示す、斜視図である。本発明の第３実施形態に係る階段の変形例を示す、斜視図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、参考例を示す、図２８の３−３線断面図に相当する断面図である。従来技術を示す、図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る振動発電システムについて説明する。

先ず、第１実施形態について説明する。

＜ダクトの構成＞
図１には、天井１４に吊り下げられたダクト１０が示されている。ダクト１０は、天井１４から吊り材（支持部材）１６で吊り下げられた複数のアングル１８の上に載置されている。このダクト１０は、鉄板、鋼板、ステンレス鋼板等からなる角型筒状のダクトユニット５０を複数備えている。なお、アングル１８はダブルナット４４で吊り材１６に固定されている。

図２に示されるように、隣接するダクトユニット５０は、端部に設けられた枠状のフランジ（リブ）５２を突き合わせ、これらのフランジ５２を溶接又はボルト（不図示）等で接合することにより連結されている。フランジ５２は、ダクトユニット５０の側面から突出しており、ダクトユニット５０の４つの側壁５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄの面外変形を抑制するリブとしても機能している。

各ダクトユニット５０の内部の流路５６には、図示せぬファンから送風された流体（気体、粉体等）が流れるようになっている。この流路５６を形成する（囲む）ダクトユニット５０の側壁５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄの外面及び内面は、ファンの駆動力（ファンモータ等）の振動や、流路５６を流れる流体が当たることにより振動する振動面となっている。本実施形態では、このような振動面を有するダクトユニット５０の上側の側壁５０Ａに、振動発電装置６０が取り付けられている。なお、振動発電装置６０は、ダクトユニット５０の何れの側壁５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄにも取り付けることができる。

具体的には、ダクトユニット５０の上側の側壁５０Ａには、流路５６に通じる開口５４が形成されている。この開口５４内には板状の蓋体５８が配置され、開口５４が塞がれている。即ち、蓋体５８は、流路５６を囲むダクトユニット５０の側壁５０Ａの一部となっている。蓋体５８の内面はダクトユニット５０の側壁５０Ａの内面と面一又は略面一となるように開口５４内に配置され、板ばね等の弾性体からなる取付部材６２によりダクトユニット５０の側壁５０Ａに取り付けられている。

図３に示されるように、取付部材６２は、蓋体５８及びダクトユニット５０の側壁５０Ａにまたがり、ビス６４によって蓋体５８及び側壁５０Ａにそれぞれ固定されている。これにより、蓋体５８が面外方向（振動方向Ｇ）に揺動可能になっている。また、蓋体５８の重量や取付部材６２のばね定数（ばね剛性）は、蓋体５８が側壁５０Ａと共振するように設定されている。これらの蓋体５８と取付部材６２によって振動増幅手段６８が構成されており、この蓋体５８の外面に振動発電装置６０が取り付けられている。

なお、蓋体５８は、ダクトユニット５０の側壁５０Ａに開口５４を形成する際に、切り取られた側壁５０Ａの一部を使用しても良いし、ダクトユニット５０とは別に、同一又は異なる材料で製作しても良い。

＜振動発電装置の構成＞
図３には、蓋体５８に取り付けられた振動発電装置６０が示されている。振動発電装置６０は、ダクトユニット５０の側壁５０Ａに取り付けられる基台１２と、基台１２に設けられた発電部７６と、基台１２に取り付けられ、発電部７６を覆う箱型のケース４６と、を備えている。基台１２は、ビス６６によってダクトユニット５０の側壁５０Ａに固定されている。この発電部７６は、所定の振動方向に振動すると発電する。よって、発電部７６を説明する際は、発電する振動方向を基準に説明する。

なお、本実施形態では、ダクトユニット５０の上側の側壁５０Ａに振動発電装置６０を取り付けた場合、即ち、振動方向が図面の上下方向である場合を例に説明するが、振動方向はこれに限定されない。例えば、振動方向を水平方向とした場合は、各図面を９０°回転した状態で発電部７６が配置されることになる。また、上下左右、天井、底等を使用して発電部７６を説明する場合があるが、これは説明の便宜上、各図における上下方向を基準としているだけであり、この方向に設置することを意味するものでない。

発電部７６は振動増幅機構７８を備えている。振動増幅機構７８は、錘８０と、この錘８０を振動方向Ｇに対して揺動可能に設ける支持部材としてのコイルばね８２とを備えている。板状の錘８０は、当該錘８０と基台１２との間に配置された４つのコイルばね８２で支持されている。また、錘８０の中央部に形成された貫通孔の内周壁には、第１部材としてのコイル８４が設けられている。なお、コイルばね８２に替えて、天然ゴム、合成ゴム等のゴム部材を用いても良い。

コイルばね８２の伸縮方向一端は基台１２に固定され、コイルばね８２の伸縮方向他端は錘８０に固定されている。コイルばね８２の内部には、円柱形のガイド部材８６が配置されている。ガイド部材８６の一端は基台１２に固定され、ガイド部材８６の他端は錘８０に形成されたガイド孔８８にスライド可能に挿入されている。このガイド部材８６によって錘８０がガイドされ、錘８０が水平姿勢を保持したまま振動方向Ｇに揺動可能に設けられている（支持されている）。これにより、錘８０の貫通孔８０Ａ内に設けられたコイル８４が振動方向Ｇに揺動可能となっている。なお、ガイド部材８６は必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。

また、基台１２には、第２部材としての円柱形の磁石９０が設けられている。磁石９０は基台１２上に立てられ、その一端が基台１２に固定されると共に、その他端が錘８０に設けられたコイル８４内に挿入（配置）されている。即ち、コイル８４と当該コイル８４内に配置された磁石９０とが、振動方向Ｇに相対移動可能になっている。この相対移動によって、コイル８４に電磁誘導が発生し、電力が発生するように構成されている。発生した電力は、コイル８４に接続された配線（不図示）によってケース４６の外へ導かれ、電子機器の動力として使用され、若しくは蓄電池（二次電池）に蓄電される。

なお、電線の先は、電気で駆動する機器に電源として接続されていても良いし、或いは、蓄電池（二次電池）接続して蓄電し、蓄電された電気で機器を駆動するようにしても良い。また、回路を介して、機器や蓄電池に接続されていても良い。

また、上記の説明では、発電部７６の振動方向Ｇを図面上の上下方向にし、且つ、振動方向Ｇ下方を重力方向として説明したがこれに限定されない。即ち、上記の説明では、コイルばね８２が、錘８０及びコイル８４を下から支持する圧縮コイルばねとなっているが、これに限定されない。例えば、振動方向Ｇ上方を重力方向にし、即ち、図３を上下反転させた構成にしても良い。この場合、コイルばね８２が錘８０及びコイル８４を吊り下げ支持する構成となり、引張コイルばねとなる。更に、振動方向Ｇを水平方向（図面上の左右方向）にしても良い。この場合、磁石９０がコイル８４内を水平方向にスムーズに移動可能なように、ガイド部材８６を設けることが望ましい。ただし、ガイド部材８６のようなガイド機構は必須ではなく、また、ガイド機構を設ける場合には、従来周知の種々のガイド機構を設けることができる。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

図２に示されるように、図示せぬファンの駆動力等の振動がダクトユニット５０に伝達され、若しくは流路５６を流れる流体がダクトユニット５０に当たると、ダクトユニット５０の側壁５０Ａが振動する。この側壁５０Ａが振動すると、当該側壁５０Ａに取付部材６２で取り付けられた蓋体５８及び当該蓋体５８に固定された基台１２が振動方向Ｇ（図３参照）へ振動する。これにより、コイルばね８２によって揺動可能に設けられた錘８０が振動方向Ｇに振動し、当該錘８０が基台１２に対して振動方向Ｇに相対移動する。この結果、錘８０に設けられたコイル８４と、当該コイル８４内に配置された磁石９０とが振動方向Ｇへ相対移動し、コイル８４に電磁誘導が発生する。即ち、コイル８４に電力が発生し、側壁５０Ａの振動の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

次に、振動増幅機構７８の作用について説明する。

一般に、電磁誘導による発電量Ｖは、コイルの巻数をＮ、微小時間Δｔでのコイルを貫く磁束密度の変化量をΔΦ／Δｔとすると、式（１）に示すファラデーの電磁誘導の法則により求められる。

式（１）により、発電量Ｖは、単位時間当たりの磁束密度の変化量ΔΦ／Δｔに比例することがわかる。そして、磁束密度の変化量ΔΦ／Δｔは、磁石又はコイルの振動の振幅（磁石とコイルとの相対移動量）が大きいほど大きくなるので、磁石又はコイルの振動の振幅が大きいほど発電量は大きくなる。この原理に基づけば、発電部７６のコイル８４の振幅を大きくすれば、大きな電力を発生させることができるが判る。

具体的には、発電部７６の錘８０及びコイル８４の固有振動数を、蓋体５８の振動数と一致又は略一致させ、錘８０及びコイル８４と蓋体５８とが共振するように、錘８０の重量やコイルばね８２の長さ（巻き数）、ばね定数（ばね剛性）を設定することで、蓋体５８の振幅が増幅され、発電部７６の錘８０及びコイル８４の振幅が大きくなる。

一方、磁石９０とコイル８４とが振動方向Ｇに相対移動して電力を発生する際、コイル８４には逆起電力が発生する。この逆起電力は抵抗力となって磁石９０に作用し、コイル８４と磁石９０の相対移動量を減少させる。即ち、逆起電力によって、磁石９０に対するコイル８４の振幅が減少する。

この対策として、本実施形態では、錘８０にコイル８４を設けている。これにより、錘８０の重量によってコイル８４の慣性力が大きくなり、コイル８４に発生する逆起電力（抵抗力）に起因するコイル８４の振幅の減少が低減される。即ち、錘８０及びコイル８４の振幅を増幅する振動増幅機構７８の増幅倍率の低下が低減される。

このように、本実施形態では、振動増幅機構７８によってコイル８４の振幅が大きくなり、また、錘８０によって逆起電力（抵抗力）による振動増幅機構７８の増幅倍率の低下が低減される。従って、コイル８４内を移動する磁石９０の移動量が増加する。

磁石９０の移動量が大きくなると、式（１）を用いて説明したように、発電部７６における発電量が大きくなる。換言すれば、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動エネルギーが電気エネルギーに変換される変換効率が向上する。

次に、振動増幅手段６８の作用について説明する。

前述したように、ダクトユニット５０の側壁５０Ａが振動すると、取付部材６２で側壁５０Ａに取り付けられた蓋体５８が振動方向Ｇに振動する。この蓋体５８の振動が、発電部７６に伝達され、振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。この振動系は、図４に示されるように、蓋体５８及び錘８０（コイル８４を含む）を質点とする２質点系の振動モデルに置き換えられる。従って、蓋体５８の振動の振幅を大きくし、発電部７６に伝達する振動の振幅を大きくすれば、より大きな電力を発生させることができる（式（１）参照）。なお、図４に示す振動モデルには、図３に示した各部に対応する符号を付している。

具体的には、蓋体５８の固有振動数をダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動数と一致又は略一致させ、蓋体５８と側壁５０Ａとが共振するように、蓋体５８の質量や取付部材６２のばね定数（ばね剛性）を設定することで、側壁５０Ａの振幅が増幅され、蓋体５８の振動の振幅が大きくなる。この結果、発電部７６へ伝達される振動の振幅が大きくなる。

また、前述したように、この蓋体５８の固有振動数と、発電部７６の錘８０及びコイル８４の固有振動数とを一致又は略一致させ、蓋体５８と錘８０とが共振するように、錘８０の重量やコイルばね８２の長さやばね定数を設定することで、蓋体５８の振幅が増幅され、錘８０の振動の振幅が更に大きくなる。

従って、振動増幅手段６８を備えない構成と比較して、コイル８４と磁石９０の相対移動量が大きくなるため、発電量が大きくなる。即ち、振動するダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動エネルギーが電気エネルギーに変換される変換効率が向上する。更に、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動エネルギーが電気エネルギーに変換される結果、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動が低減される。

ここで、蓋体５８と、発電部７６の錘８０及びコイル８４とを共振させた場合のシュミュレーション解析結果を図５に示す。なお、符号７０は、本実施形態に係る錘８０及びコイル８４の共振曲線であり、符号７２は、比較例として振動増幅手段６８を備えない場合の錘８０及びコイル８４の共振曲線である。また、蓋体５８の固有振動数、及び発電部７６の錘８０及びコイル８４の固有振動数はいずれも５Ｈｚに設定されている。

図５から分かるように、本実施形態に係る錘８０及びコイル８４の共振曲線７０の振動増幅倍率（ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振幅に対する錘８０及びコイル８４の振幅の割合）は、比較例の共振曲線７２よりも広範囲（振動数０〜７．２Ｈｚ）で大きくなっている。また、共振曲線７０では、振動数５Ｈｚ付近に小さい谷が現れ、その両側に２つのピーク（１次固有振動数と２次固有振動数）が現れている。この２つのピークにより、錘８０及びコイル８４の固有振動数（５Ｈｚ）付近の振動数帯域においても、振動増幅倍率が大きくなっている。

ここで、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動は、流路５６内へ流体の流量やファンを駆動するファンモータ等の回転数に応じて変化するため、卓越振動数帯域が幅広く分布する。この分布に応じて、前述した２つのピークを発生させ、錘８０及びコイル８４の振動増幅倍率が大きくなる振動数帯域を広げることにより、発電量の安定化を図ることができる。

２つのピークが発生する振動数は、錘８０の重量とコイル８４の重量とを合計した重量ｍ_２を蓋体５８の重量ｍ_１で割ったマス比μ_１２（＝ｍ_２／ｍ_１）を増減することにより変動する。

図６には、マス比μ_１２をパラメータとして付与したシミュレーション解析結果が示されている。このシミュレーションでは、振動増幅手段６８によって構成される振動系と、発電部７６によって構成される振動系の固有振動数を共に５Ｈｚとし、パラメータとして付与するマス比μ_１２を０．０１、０．０２、０．０４、０．０８、０．１６とした。なお、各共振曲線７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ、７４Ｅは、それぞれマス比μ_１２＝０．０１、０．０２、０．０４、０．０８、０．１６に対応する。

図６から判るように、マス比μ_１２を小さくすると、２つのピークの間隔が狭くなり、振動増幅倍率が大きくなる振動数帯域が狭くなる。また、２つのピークの間隔が狭くなるに伴って、２つのピークの間の谷が小さくなり、固有振動数付近の振動増幅倍率が大きくなる。一方、マス比μ_１２を大きくすると、２つのピークの間隔が広くなり、振動増幅倍率が大きくなる振動数帯域が広くなる。また、２つのピークの間隔が広くなるに伴って、２つのピークの間の谷が大きくなり、固有振動数付近の振動増幅倍率が小さくなる。このようにマス比μ_１２を増減することで、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動特性に応じた共振曲線にすることにより、発電部７６の発電量の安定化を図ることができる。

また、本実施形態では、蓋体５８の内面とダクトユニット５０の側壁５０Ａの内面とを面一又は略面一にしたことにより、流路５６を流れる流体に対する抵抗が減少するため、排気効率、吸気効率の低下が抑制される。

更に、ダクトユニット５０の側壁５０Ａに開口５４を形成し、当該開口５４内に配置された蓋体５８に振動発電装置６０を取り付けるため、従来の発電装置５００（図３５参照）のように、振動面としての防音壁５０６に、当該防音壁５０６の壁面から張り出す取付部材５１０を固定し、更に取付部材５１０に防音壁５０６の振動を増幅する板バネ５０８を取り付ける構成と比較して、振動発電装置６０の設置スペースが小さくなる。従って、小さい設置スペースに振動発電装置６０を設置することが可能となるため、振動発電装置６０の設置自由度が向上する。

更に、本実施形態では、蓋体５８が流路５６に面しているため、流路５６を流れる流体が蓋体５８に直接当たる。即ち、蓋体５８が流体によって直接加振されるため、蓋体５８の振動の振幅が大きくなる。従って、発電部７６の発電効率が向上する。

次に、第１実施形態に係る発電部７６の変形例について説明する。

上記第１実施形態では、図４に示した振動モデルのように、２質点の振動系を構成したがこれに限らない。例えば、図３における振動増幅機構７８を省略し、蓋体５８と取付部材６２で１質点の振動系を構成しても良いし、図７に示されるように、３質点以上の振動系を構成しても良い。

図７に示される発電部９６では、振動増幅機構７８の錘８０の上に、振動増幅機構９８が設けられている。振動増幅機構９８は、錘１００及びコイルばね１０２を備えている。錘１００は、錘８０に設けられたコイルばね１０２によって振動方向Ｇに揺動可能に支持されている。また、錘１００に形成された貫通孔の内周面にはコイル８４が設けられている。このコイル８４内に、錘８０の上に立てられた磁石９０が挿入されている。即ち、本変形例では、２つの振動増幅機構７８、９８が直列に連結されている。

このように、２つの振動増幅機構７８、９８を直列に連結することにより、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動が、振動増幅機構７８で増幅され、更に振動増幅機構９８で増幅される。従って、錘１００及びコイル８４の振幅が大きくなるため、発電部９６の発電効率が向上する。

また、図８（Ａ）には、第１実施形態の発電部７６の模式図が示されており、図８（Ｂ）〜（Ｅ）には、発電部の変形例の模式図が示されている。図８（Ｂ）〜図８（Ｅ）に示される変形例については、図８（Ａ）に示される発電部７６と異なる構成についてのみ説明する。なお、図８（Ａ）〜図８（Ｅ）では、図が煩雑となるためコイル８４を省略している。

図８（Ｂ）に示される変形例では、錘８０が、ケース４６の天井部４６Ａに設けられたコイルばね８２に吊り下げられ、振動方向Ｇに揺動可能に設けられている。

図８（Ｃ）に示される変形例では、錘８０が、基台１２に設けられたコイルばね８２Ａと天井部４６Ａに設けられたコイルばね８２Ｂの間で支持され、振動方向Ｇに揺動可能に設けられている。なお、この構成では、コイルばね８２Ａ、８２Ｂが圧縮コイルばねとなるため、コイルばね８２Ａ、８２Ｂの設計が容易となる。

図８（Ｄ）に示される変形例では、ケース４６の天井部４６Ａに取り付けられたコイルばね１０４に磁石１０６及び錘１１２が吊り下げられ、振動方向Ｇに揺動可能になっている。これらのコイルばね１０４、錘１１２によって振動増幅機構が構成されている。この磁石１０６は、ケース４６に固定されたコイル１０８内に配置されており、磁石１０６とコイル１０８とが振動方向Ｇに相対移動可能になっている。即ち、磁石１０６とコイル１０８とが振動方向Ｇに相対移動することにより、コイル１０８に電磁誘導が発生し、電力が発生するように構成されている。なお、本変形例では、第１部材が磁石１０６となり、第２部材がコイル１０８となる。

図８（Ｅ）に示される変形例では、図８（Ｄ）のコイルばね１０４が基台１２に取り付けられ、当該コイルばね１０４によって磁石１０６及び錘１１２が下から支持されている。

また、第１実施形態では、コイル８４と磁石９０が相対移動したときに発生する電磁誘導を用いて、振動エネルギーを電気エネルギーに変換したが、これに限らない。即ち、２つの部材の相対移動を利用して、振動エネルギーを電力エネルギーに変換可能な構成であれば良い。以下、電磁誘導と異なる原理を利用した発電部について説明する。なお、第１実施形態に係るガイド機構（ガイド部材８６）の変形例についても併せて説明する。

図９には、圧電素子１４０を用いた発電部２２０が示されている。発電部２２０は、振動増幅機構１３６と、振動増幅機構１３６の上に設けられた発電機構１３８と、を備えている。

振動増幅機構１３６は、錘２２と、錘２２を振動方向Ｇに揺動可能に設けるコイルばね２０と、コイルばね２０をガイドするガイド機構３４と、を備えている。ガイド機構３４は、基台１２に固定される内ガイド部材２６と、錘２２の下面に固定される外ガイド部材３０と、を備えている。

内ガイド部材２６には、上方に向かって開口する円柱状の収容孔２４が形成されている。外ガイド部材３０には、下方に向かって開口する円柱状の収容孔２８が形成されている。この収容孔２８には、内ガイド部材２６がスライド可能に挿入され、この状態で内ガイド部材２６に対して外ガイド部材３０が上下方向（振動方向Ｇ）に相対移動可能になっている。また、内ガイド部材２６によって外ガイド部材３０がガイドされるため、錘２２の横方向の移動が規制され、錘２２が振動方向Ｇにスムーズに振動するように構成されている。

また、内ガイド部材２６の上端部にはゴム部材３６が取り付けられている。このゴム部材３６は、錘２２の上下動が過大になったときに外ガイド部材３０の天井部３０Ａの下面に当たる。これにより、内ガイド部材２６と外ガイド部材３０との相対移動が規制される結果、錘２２の振動が規制される。即ち、ゴム部材３６は、錘２２の振動を規制するストッパーとして機能する。更に、ゴム部材３６が外ガイド部材３０の天井部３０Ａに当たることにより、振動エネルギーが吸収される。従って、ゴム部材３６は減衰材としても機能する。

更に、内ガイド部材２６の収容孔２４と外ガイド部材３０の収容孔２８とを組み合わせて形成された収容部３２には、コイルばね２０が配置されている。コイルばね２０の下端部は内ガイド部材２６の底部２６Ａに固定され、コイルばね２０の上端部は外ガイド部材３０の天井部３０Ａに固定されている。

錘２２の上には、発電機構１３８が設けられている。発電機構１３８は、圧電素子１４０と錘１４２とによって構成されている。圧電素子１４０は錘２２の上面に固定され、この圧電素子１４０の上に錘１４２が固定されている。

なお、「圧電素子」とは、圧電体に加えられた力を電圧に変換、又は電圧を力に変換する圧電効果を利用した受動素子とされている。

次に、発電機構１３８の作用について説明する。

蓋体５８（図３参照）及び基台１２が振動すると、錘２２が振動方向Ｇに振動する。この振動は、圧電素子１４０を介して錘１４２に伝達され、錘１４２が振動方向Ｇに振動する。これにより、圧電素子１４０に圧縮応力と引張応力とが繰り返し作用する。この結果、圧電素子１４０の上下に設けられた電極１４４Ａ、１４４Ｂで電力が発生する。なお、本変形では、圧電素子１４０の下端部が第１部材となり、錘１４２が第２部材となる。

また、発電機構１３８が電力を発生するときに、圧電素子１４０の下端部の振動を抑える抵抗力が錘１４２から作用する場合、圧電素子１４０の振動の振幅は小さくなってしまう。しかし、圧電素子１４０は錘２２に固定されているので、錘２２の重量により慣性力が大きくなるため、抵抗力による振動抑制効果が低減される。即ち、錘２２の慣性力によって圧電素子１４０の変形量が増加するため、錘２２を備えない場合と比較して、発電効率が向上する。

また、図１０には、他の変形例として、圧電素子１５０を用いた発電部２２２が示されている。なお、発電部２２２は、振動増幅機構１３６（図９参照）の錘２２の上に発電機構１４８を設置したものである。

発電機構１４８は、圧電素子１５０、錘１５２、及び支柱１５４によって構成されている。支柱１５４は、錘２２の上面に固定されて略鉛直に立っており、この支柱１５４の上端部付近から圧電素子１５０を介して錘１５２が左右に張り出すように設けられている。

ここで、柱状体１１０が振動すると、錘２２が振動方向Ｇ（図における上下方向）に振動する。そして、この振動が支柱１５４及び圧電素子１５０を介して錘１５２に伝わり錘１５２が振動方向Ｇ方向に振動する。このとき、圧電素子１５０には、せん断応力が繰り返し作用し、これによって圧電素子１５０の左右に設けられた電極１５６Ａ、１５６Ｂに電力が発生する。なお、本変形例の場合、支柱１５４が第１部材とされ、錘１５２が第２部材とされる。

また、図１１には、他の変形例として、静電誘導を用いた発電部２２４が示されている。この発電部２２４では、振動増幅機構１７０と、発電機構１７２とを備えている。

振動増幅機構１７０は、ケース４６の天井部４６Ａに取り付けられたコイルばね２０と、当該コイルばね２０に吊り下げられ、振動方向Ｇに揺動可能な錘１７４と、を備えている。発電機構１７２は、錘１７４に設けられた基部１７６と、ケース４６の側壁部４６Ｂに取り付けられ、基部１７６と対向する対向電極１８０と、を備えている。基部１７６には、電荷を半永久的に帯びたエレクトレット１７８が櫛状に配置されており、このエレクトレット１７８に対向電極１８０が対向して配置されている。これらのエレクトレット１７８と対向電極１８０とが相対移動することによって起電力が生じ、対向電極１８０に電力が発生する。即ち、発電機構１７２は、静電式（静電誘導）の発電機とされている。

ここで、電力を発生させるときに、基部１７６の振動を抑える抵抗力が対向電極１８０から作用する場合、基部１７６の振動の振幅が小さくなってしまう。しかし、基部１７６は錘１７４に固定されているので、錘１７４の重量により慣性力が大きくなり、これによって抵抗力による振動抑制効果が低減される。

次に、第１実施形態に係る振動増幅手段の変形例について説明する。

図１２（Ａ）に示される変形例では、第１実施形態に係る蓋体５８（図３参照）と比較して、蓋体１１４の外形が小さくされており、ダクトユニット５０の側壁５０Ａと蓋体１１４との間の隙間Ｄが大きくなっている。これにより、板バネ等の弾性体からなる取付部材６２の可動範囲が長くなっており、即ち、取付部材６２の剛性（弾性力）が小さくなっている。このように、取付部材６２の可動範囲を増減することにより、蓋体５８の固有振動数を調整しても良い。

図１２（Ｂ）に示される変形例では、開口５４と、当該開口５４内に配置された蓋体１１４との間に、天然ゴム、合成ゴム、シリコン等の粘弾性体からなる取付部材１１６が設けられている。取付部材１１６は矩形の環状で、内周面に形成された環状溝１１６Ａに蓋体１１４の外周部が挿入されており、取付部材１１６の外周面に形成された環状溝１１６Ｂには開口５４の縁部が挿入されている。この取付部材１１６によって、蓋体１１４がダクトユニット５０の側壁５０Ａに、振動方向Ｇに揺動可能に取り付けられている。これらの取付部材１１６及び蓋体１１４によって振動増幅手段が構成されている。

ここで、開口５４と蓋体１１４との隙間を取付部材１１６で埋めることにより、隙間から流出する流体の漏れが低減される。また、蓋体１１４の重量や取付部材１１６のばね定数（ばね剛性）を適宜設定し、蓋体１１４とダクトユニット５０の側壁５０Ａとを共振させることにより、当該側壁５０Ａの振動の振幅が増幅され、蓋体１１４の振動の振幅が大きくなる。

次に、図１３（Ａ）に示される変形例では、取付部材が省略されており、蓋体１１８が、開口５４の縁にビス６４で取り付けられている。この蓋体１１８によって開口５４が塞がれている。即ち、蓋体１１８は、流路５６を囲むダクトユニット５０の側壁５０Ａの一部となっている。

蓋体１１８の板厚は、ダクトユニット５０の側壁５０Ａと同一又は略同一とされているが、ダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも、面外方向（振動方向Ｇ）の剛性（面外剛性）が小さい材料（例えば、アルミニウム）で形成されている。即ち、蓋体１１８はダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも、面外方向（振動方向Ｇ）へ変形し易くなっている。従って、蓋体１１８に流路５６を流れる流体が当たり、蓋体１１８が加振されると、蓋体１１８の振動方向Ｇの振動の振幅が、ダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも大きくなる。従って、ダクトユニット５０の側壁５０Ａと比較して、蓋体１１８の振動方向Ｇの振動の振幅が大きくなる。

更に、蓋体１１８の固有振動数を、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動数と一致又は略一致させ、蓋体１１８とダクトユニット５０の側壁５０Ａとが共振するように、蓋体１１８の重量や蓋体１１８の剛性を設定することで、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動が増幅され、蓋体１１８の振動の振幅が大きくなる。即ち、本変形例では、蓋体１１８のみで振動増幅手段が構成されている。

なお、本変形例では、蓋体１１８をダクトユニット５０の側壁５０Ａにビス６４で直接取り付けたが、第１実施形態のように取付部材６２を介してダクトユニット５０の側壁５０Ａに取り付けても良い。

次に、図１３（Ｂ）に示される変形例では、蓋体１２０の板厚が、ダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも薄くされており、蓋体１２０の剛性（面外剛性）がダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも小さくなっている。このように、蓋体１２０の板厚を増減することにより、蓋体１２０の剛性を調整することも可能である。また、板厚を変えることにより、蓋体１２０の固有振動数も調整することができる。

また、蓋体１２０の板厚を薄くした場合は、図１３（Ｃ）に示されるように、段付きの取付部材１２２を用いることにより、蓋体１２０の内面とダクトユニット５０の側壁５０Ａの内面とが面一又は略面一になるように取り付けることができる。

次に、図１４（Ａ）に示される変形例では、開口５４内に、ダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも剛性が小さい蓋体１２４が配置されている。この蓋体１２４は、取付部材１２６で、ダクトユニット５０の側壁５０Ａに取り付けられている。取付部材１２６は、板ばね等の弾性体ではなく鉄板、鋼板等からなり、ダクトユニット５０の側壁５０Ａと同等若しくは同等以上の剛性を有している。

このように、蓋体１２４の剛性がダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも小さくされている場合、取付部材１２６の剛性は、必ずしもダクトユニット５０の側壁５０Ａより小さくする必要はない。即ち、取付部材１２６は、蓋体１２４との組み合わせて種々の材料で形成することができ、取付部材及び蓋体の少なくとも一方の剛性が、ダクトユニット５０の側壁５０Ａよりも小さければ、蓋体１２４が面外方向（振動方向Ｇ）に振動し易くなり、蓋体１２４の振幅が大きくなる。

また、本変形例では、蓋体１２４は、取付部材１２６の端部１２６Ａを支点として面外方向（振動方向Ｇ）へ振動する。従って、図中の２点鎖線で示すように、取付部材１２６と蓋体１２４との重ね幅（オーバーラップ幅）を長くし、蓋体１２４の振動の支点を変更することにより、蓋体１２４の固有振動数を調整することができる。

また、図１４（Ｂ）には、参考例として、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの一部に振動発電装置６０を直接取り付けた例が示されている。この構成では、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの一部の振動は大きくならず、振動発電装置６０の重量によってダクトユニット５０の側壁５０Ａの一部の固有振動数が変ることになる。

次に、図１５、図１６（Ａ）、及び図１６（Ｂ）に示される変形例では、ダクトユニット５０の側壁５０Ａに、当該側壁５０Ａの一部を囲むように複数の溝孔１２８が形成され、この側壁５０Ａの一部（以下、「取付部１３０」、という）に振動発電装置６０が取り付けられている。また、各溝孔１２８は、側壁５０Ａに貼付された環状のゴムシート等からなる密閉部材１３２で塞がれており、流路５６を流れる流体が溝孔１２８から漏れないようになっている。なお、密閉部材１３２は、適宜省略可能である。

ここで、隣接する溝孔１２８の間にある側壁５０Ａ（以下、「リブ１５８」という）は、溝孔１２８の外周にある側壁５０Ａよりも剛性が小さくなり、変形し易くなっている。従って、取付部１３０の振動の振幅が大きくなる。また、リブ１５８及び取付部１３０によって構成された質点系により、ダクトユニット５０の側壁５０Ａの振動を増幅させることで、取付部１３０の振動の振幅を大きくすることができる。

次に、第１実施形態に係るダクトの変形例について説明する。

図１７及び図１８（Ａ）に示されるダクト１６４は、フレーム１６０と、当該フレーム１６０に貼り付けられる４つの側壁１６２Ａ、１６２Ｂ、１６２Ｃ、１６２Ｄと、を備えている。側壁１６２Ａに形成された開口１６８には蓋体１６６が配置されている。蓋体１６６は、板バネ等の弾性体からなる取付部材１８２で側壁１６２Ａに取り付けられており、この蓋体１６６に振動発電装置６０が取り付けられている。なお、側壁１６２Ａと同様に、側壁１６２Ｂ、１６２Ｃ、１６２Ｄにも振動発電装置６０がそれぞれ取り付けられている。

ここで、ダクト１６４では、フレーム１６０から各側壁１６２Ａ、１６２Ｂ、１６２Ｃ、１６２Ｄを着脱できるため、側壁１６２Ａ、１６２Ｂ、１６２Ｃ、１６２Ｄに対する振動発電装置６０の取り付けが容易となる。また、ダクト１６４の卓越振動数の分布に応じて、４つの振動発電装置６０の発電部７６（図３参照）の固有振動数や振動発電装置６０が取り付けられる蓋体１６６の固有振動数を異なる値に設定し、これらの固有振動数を分散させることにより、４つの振動発電装置６０の発電量（合計発電量）の安定化を図ることができる。また、図１８（Ｂ）に示されるように、４つの側壁１８４Ａ、１８４Ｂ、１８４Ｃ、１８４Ｄの板厚を変えることにより、各側壁１８４Ａ、１８４Ｂ、１８４Ｃ、１８４Ｄの固有振動数を変えて、ダクト１８６の卓越振動数の分布を調整しても良い。これと同様に、例えば、複数の側壁１６２Ａを積層して一体化することにより、側壁１６２Ａの板厚を変えて、固有振動数を調整しても良い。

次に、第１実施形態に係る振動発電装置の取り付け位置について説明する。

図１９には、ダクト１０の平面図が示されている。このダクト１０の側面は、隣接するダクトユニット５０を接合するフランジ５２によって長手方向に仕切られている。従って、各ダクトユニット５０の側壁５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄでは、その中央部が一次振動モードの腹となる。即ち、ダクトユニット５０の側壁５０Ａが、端部に設けられたフランジ５２（隣接するフランジ５２）及び当該側壁５０Ａのダクト１０の長手方向に沿った端部を支点として一次振動モードで振動した場合、隣接するフランジ５２間の中央部でその振幅が最大となる。従って、隣接するフランジ５２間の中央部に蓋体５８を設けることが望ましく、これにより、振動発電装置６０の発電効率を向上させることができる。

なお、隣接するフランジ５２間の中央部とは側壁５０Ａの対角線Ｓ、Ｔ（図中の一点鎖線）が交差する位置である。また、この中央部に蓋体５８を設けるとは、中央部を含むように蓋体５８を設けることを意味し、蓋体５８の一部が中央部にあれば良く、側壁５０Ａの対角線Ｓ、Ｔが交差する点と蓋体５８の図心とが一致する必要はない。

また、本実施形態では、ダクト１０の側面が、隣接するダクトユニット５０を接合するフランジで仕切られているが、ダクト１０の側面に補強を目的とするリブが突設されている場合、このリブ間で仕切られた側面の中央部に蓋体５８を設けることになる。

また、図２０に示されるように、ダクト１０は、吊り材１６で天井１４に吊り下げられたアングル（支持部材）１８の上に載置されており、このアングル１８が支持点となっている。従って、ダクト１０では、隣接する吊り材１６の支持点間（支持ピッチＬ）の中央部（Ｌ／２）が一次振動モードの腹となる。従って、ダクト１０が隣接するアングル１８を支点として一次モードで振動した場合、隣接するアングル１８間の中央部で、ダクト１０の振動が最大となる。よって、隣接する吊り材１６の支持点間の中央部に蓋体５８（図２参照）を設けることが望ましく、これにより、振動発電装置６０の発電効率を向上させることができる。

なお、ダクトユニット５０の側壁５０Ａが、２次モード以上で振動する場合は、各モードの腹に、蓋体５８及び振動発電装置６０を取り付けることにより、発電効率を高めることができる。また、本実施形態では、ダクト１０を吊り材１６で天井１４に吊り下げたが、ダクト１０を床等に固定されたアングル、フレーム等の支持部材で支持する場合も同様である。この場合、ダクト１０の長手方向に隣接する支持部材（アングル、フレーム等）の支持点間の中央部が一次振動モードの腹となり、この中央部に蓋体５８及び振動発電装置６０を設けることが望ましい。

また、吊り材１６で支持されたダクト１０の固有振動数は、隣接する吊り材１６の支持点間の距離（支持ピッチＬ）によって変動する。従って、隣接する吊り材１６の支持点を移動することにより、ダクト１０の固有振動数を調整することができる。

図２１（Ｂ）には、支持ピッチ調整手段としての一対の調整用アングル１９２が示されている。これらの調整用アングル１９２は略平行し、ダクト１０の両側に配置されている。また、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）に示されるように、各調整用アングル１９２には、長手方向に沿って延びる２つの長孔１９４が形成されている。２つの長孔１９４の間には取付部１９６が設けられており、この取付部１９６にダブルナット１９７で吊り材１６が取り付けられている。２つの長孔１９４にはボルト１９８がそれぞれ挿入され、このボルト１９８に一対の調整用アングル１９２の間に渡された２つのアングル１８が取り付けられている。この２つのアングル１８の上にダクト１０が載置され、支持されている。

ここで、既存のアングル１８（図２１（Ａ）参照）を調整用アングル１９２に交換し、当該調整用アングル１９２にアングル１８を付け替えることにより、アングル１８がダクト１０の長手方向へ移動する。即ち、吊り材１６の支持ピッチＬ（図２０参照）が変動する。これにより、ダクト１０の固有振動数が調整される。この際、アングル１８を長孔１９４に沿ってスライドさせることにより、支持ピッチＬが微調整される。

また、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）には、支持ピッチ調整手段の他の例として、伸縮可能な一対の伸縮部材２０２が示されている。伸縮部材２０２は、筒体２０２Ａと、当該筒体２０２Ａ内にスライド可能に挿入された２つの筒体２０２Ｂと、当該筒体２０２Ｂ内に挿入された円柱形の棒材２０２Ｃとを備え、ダクト１０の両側にそれぞれ配置されている。

筒体２０２Ａには取付金具２０４が設けられ、当該取付金具２０４に吊り材１６が取り付けられている。また、棒材２０２Ｃには軸受プレート２０６が設けられている。軸受プレート２０６に形成された軸受孔には、一対の伸縮部材２０２の間に渡された支持ローラ２０８の軸部が回転可能に挿入されている。この支持ローラ２０８の上にダクト１０が載置され、支持されている。即ち、支持ローラ２０８が、ダクト１０の支持点となっている。

ここで、筒体２０２Ａに筒体２０２Ｂを押し入れたり引き出したりして伸縮部材２０２を伸縮させることにより、軸受プレート２０６で支持された支持ローラ２０８が、回転しながらダクト１０の長手方向へ移動する。これにより、吊り材１６の支持ピッチＬ（図２０参照）が変動し、ダクト１０の固有振動数が調整される。

また、図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）には、支持ピッチ調整手段の他の例として、ダクト１０の側面に配置された支持ピッチ調整手段２１０が示されている。この支持ピッチ調整手段２１０は、吊り材１６に取り付けられたレール部材２１２と、２つのアーム２１４を備えている。レール部材２１２には、上下方向に延びる長孔２１６が形成されている。この長孔２１６には、２つのアーム２１４の一端を回転可能に連結するピン２１８が、当該長孔２１６に沿って移動可能に係止されている。２つのアーム２１４の他端には軸受孔がそれぞれ形成されており、この軸受孔に支持ローラ２０８の軸部が回転可能に挿入されている。これらの支持ローラ２０８の上にダクト１０が載置され、支持されている。即ち、支持ローラ２０８が支持点となっている。また、２つのアーム２１４の他端とレール部材２１２の上部とは、バックル２２６を介して接続された２本のワイヤー２２８で連結されている。このワイヤー２２８によってアーム２１４の回転が規制されている。

ここで、２つのアーム２１４が互いに接近する方向へ回転させると、ピン２１８がレール部材２１２の長孔２１６に沿って上方へ移動する。この結果、アーム２１４の他端で支持された支持ローラ２０８が、回転しながら互いに接近する方向へ移動する。これにより、吊り材１６の支持ピッチＬ（図２０参照）が変動し、ダクト１０の固有振動数が調整される。なお、移動した支持ローラ２０８は、バックル２２６から突出するワイヤー２２８の長さを短くし、アーム２１４の回転を規制することにより固定される。

また、バックル２２６から突出するワイヤー２２８の長さを長くし、２つのアーム２１４が互いに離間する方向へ回転させると、ピン２１８がレール部材２１２の長孔２１６に沿って下方へ移動する。この結果、アーム２１４の他端で支持された支持ローラ２０８が、回転しながら互いに離間する方向へ移動する。これにより、吊り材１６の支持ピッチＬ（図２０参照）が変動し、ダクト１０の固有振動数が調整される。

また、図２５（Ａ）に示されるように、既存のダクト２３０に振動発電装置６０を取り付ける際、隣接する吊り材１６の支持点間（支持ピッチＬ）の中央部で隣接するダクトユニット５０が接合されており、フランジ５２が障害となってダクトユニット５０の側壁５０Ａに振動発電装置６０を取り付けられない場合がある。この場合、例えば、図２５（Ｂ）に示されるように、２つのダクトユニット５０を３つの調整用ダクトユニット２５０、２５２、２５４に交換し、隣接する調整用ダクトユニット２５０、２５２、２５４を接合する位置を吊り材１６の支持点間（支持ピッチＬ）の中央部から移動させることにより、調整用ダクトユニット２５２の側壁２５２Ａに振動発電装置６０を取り付けることができる。

具体的には、調整用ダクトユニット２５２の側壁２５２Ａのフランジ５２間の中央部には、振動発電装置６０が取り付けられている。この調整用ダクトユニット２５２は、隣接する吊り材１６の支持点間（支持ピッチＬ）の中央部に、振動発電装置６０が位置するように配置されている。調整用ダクトユニット２５２の両側には、調整用ダクトユニット２５０、２５４がそれぞれ配置されている。これらの調整用ダクトユニット２５０、２５４は、調整用ダクトユニット２５２とダクトユニット５０の間の距離に応じた長さを有しており、調整用ダクトユニット２５２及び既存のダクトユニット５０にそれぞれ接合されている。このように、調整用ダクトユニット２５０、２５２、２５４を用いることにより、振動発電装置６０を吊り材１６の支持点間（支持ピッチＬ）の中央部に設けることができる。

また、図２６（Ａ）に示される既存のダクト２３２では、隣接する吊り材１６の支持点間の中央部から僅かに外れた位置で、隣接するダクトユニット５０が接合されている。この場合もフランジ５２が障害となり、ダクトユニット５０の側壁５０Ａに振動発電装置６０を取り付けることができない。この場合、例えば、図２６（Ｂ）に示されるように、隣接する既存のダクトユニット５０を、長さが相互に異なる調整用ダクトユニット２４０、２４２、２４４に交換し、隣接する調整用ダクトユニット２４０、２４２、２４４を接合する位置を吊り材１６の支持点間（支持ピッチＬ）の中央部から移動させることにより、調整用ダクトユニット２４２の側壁２４２Ａに振動発電装置６０を取り付けることができる。

なお、調整用ダクトユニットには、既存のダクトユニット５０を流用しても良い。例えば、図２５（Ｂ）に示す構成において、調整用ダクトユニット２５２を既存のダクトユニット５０に置換しても良い。また、調整用ダクトユニットは、１つでも良いし、複数の調整用ダクトユニットを組み合わせても良い。

また、ダクト１０としては、フレキシブルダクト、ダンボールダクト等の種々のダクトを使用することができる。

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図２７には、水道管、配水管等の配管（振動体）３６０が示されている。配管３６０は、天井１４に吊り材１６で吊り下げられたアングル１８の上に載置されており、Ｕ字型のボルト３６２でアングル１８に固定されている。なお、吊り材１６及びボルト３６２は、ダブルナット４４でアングル１８に固定されている。

なお、配管３６０は、床等に固定されたアングル、フレーム等の支持部材で支持しても良い。

配管３６０は筒状で、その内部に流路３６４が形成されている。この流路３６４には、図示せぬポンプから送り出された流体（水等）が流れるようになっている。この流路３６４を形成する（囲む）配管３６０の外面及び内面は、ポンプの振動や、流路３６４を流れる流体が当たることにより振動する振動面となっている。このように振動する配管３６０の一部に振動発電装置６０が取り付けられている。

具体的には、配管３６０には、流路３６４に通じる開口３６６が形成されている。この開口３６６には断面円弧状の蓋体３６０Ａによって塞がれている。即ち、蓋体３６０Ａは、流路３６４を囲む配管３６０の一部となっている。蓋体３６０Ａは、その内面が配管３６０の内面と面一又は略面一となるように開口３６６に配置されている。また、蓋体３６０Ａの外面には、振動発電装置６０が取り付けられている。

蓋体３６０Ａと配管３６０との間には、ゴム等の弾性体からなる取付部材３７０（振動増幅手段）が配置されている。取付部材３７０は、蓋体３６０Ａ及び配管３６０にそれぞれ接着剤等で接合され、この取付部材３７０によって蓋体３６０Ａが配管３６０に取り付けられている。これにより、蓋体３６０Ａが面外方向（振動方向Ｇ）に振動可能になっている。また、蓋体３６０Ａと配管３６０と隙間が取付部材３７０によって密封され、流路３６４を流れる流体が隙間から漏れないようになっている。これらの蓋体３６０Ａ及び取付部材３７０によって、振動増幅手段が構成されている。

また、配管３６０の外周面は、蓋体３６０Ａを覆う薄いゴムシート３７２が設けられ、蓋体３６０Ａと配管３６０と隙間から流路３６４を流れる流体が漏れないようになっている。なお、ゴムシート３７２については適宜省略可能である。

次に、第２実施形態の作用について説明する。なお、振動発電装置６０の作用については、第１実施形態と同じであるため省略する。

図示せぬポンプ等の振動が配管３６０に伝達され、若しくは流路３６４を流れる流体が配管３６０に当たり、配管３６０が振動すると、当該配管３６０に取付部材３７０で取り付けられた蓋体３６０Ａが振動方向Ｇへ振動する。これにより、振動発電装置６０に振動が伝達され、電力が発生する。

ここで、蓋体３６０Ａと取付部材３７０によって質点系が構成される。従って、蓋体３６０Ａの固有振動数を配管３６０の振動数と一致又は略一致させ、蓋体３６０Ａと配管３６０とが共振するように、蓋体３６０Ａの質量や取付部材３７０のばね定数（ばね剛性）を設定することで、配管３６０の振動が増幅される。即ち、蓋体３６０Ａの振動の振幅が大きくなる。この結果、振動発電装置６０へ伝達される振動の振幅が大きくなり、発電効率が向上する。

また、蓋体３６０Ａの内面と配管３６０の内面とを面一又は略面一にしたことにより、流路３６４を流れる流体に対する抵抗が減少するため、排水効率、給水効率の低下が抑制される。

更に、蓋体３６０Ａが流路３６４に面しているため、流路３６４を流れる流体が蓋体３６０Ａに直接当たる。これにより、蓋体３６０Ａが流体によって直接加振されるため、蓋体３６０Ａの振動の振幅が大きくなる。従って、振動発電装置６０の発電効率が向上する。

また、配管３６０に開口３６６を形成し、当該開口３６６内に配置された蓋体３６０Ａに振動発電装置６０を取り付けるため、振動発電装置６０の設置スペースが小さくなる。従って、小さい設置スペースに振動発電装置６０を設置することが可能となるため、振動発電装置６０の設置自由度が向上する。

次に、第３実施形態について説明する。なお、第１、第２実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図２８及び図２９（Ａ）には、階段３８０が示されている。階段３８０は、略平行に配置されると共に、壁３８２に立て掛けられた一対のささら桁３８４と、これらのささら桁３８４の間に架設された複数（図２８では、５つ）の踏板（振動体）３８６と、を備えている。これらの踏板３８６は、ささら桁３８４に設けられた調整台３８８の上に固定されている。

各踏板３８６の上面及び下面は、人の歩行等により振動する振動面とされており、踏板３８６の下面に振動発電装置６０（図３参照）が取り付けられている。具体的には、踏板３８６には開口３９０が形成されている。この開口３９０には板状の振動板３８６Ａが配置され、開口３９０が塞がれている。即ち、振動板３８６Ａは、踏板３８６の一部となっている。

図２９（Ａ）に示されるように、振動板３８６Ａは、板バネ等の弾性体からなる取付部材３９４によって踏板３８６に取り付けられている。取付部材３９４は、振動板３８６Ａと踏板３８６とにまたがり、ボルト３９６によって振動板３８６Ａ及び踏板３８６にそれぞれ固定されている。これにより、振動板３８６Ａが面外方向（振動方向Ｇ）に振動可能になっている。また、振動板３８６Ａの重量や取付部材３９４のばね定数（ばね剛性）は、振動板３８６Ａが踏板３８６と共振するように設定されている。これらの振動板３８６Ａと取付部材３９４によって振動増幅手段が構成されている。また、振動板３８６Ａの下面に振動発電装置６０が取り付けられている。

次に、第３実施形態の作用について説明する。なお、振動発電装置６０の作用については、第１実施形態と同じであるため省略する。

人の歩行等により、踏板３８６が振動すると、当該踏板３８６に取付部材３９４で取り付けられた振動板３８６Ａが振動方向Ｇに振動する。これにより、振動発電装置６０に振動が伝達され、電力が発生する。

ここで、振動板３８６Ａと取付部材３９４によって質点系が構成される。従って、振動板３８６Ａの固有振動数と踏板３８６の振動数と一致又は略一致させ、振動板３８６Ａと踏板３８６とが共振するように、振動板３８６Ａの質量や取付部材３９４のばね定数（ばね剛性）を設定することで、踏板３８６の振幅が増幅される。即ち、振動板３８６Ａの振動の振幅が大きくなる。この結果、振動発電装置６０へ伝達される振動の振幅が大きくなり、発電効率が向上する。

また、図２９（Ａ）に示されるように、踏板３８６は、調整台３８８を支点（支持ピッチＭ）として振動する。従って、踏板３８６が調整台３８８を支点として一次モードで振動した場合、調整台３８８間の中央部（Ｍ／２）でその振幅が最大となる。従って、調整台３８８間の中央部に振動板３８６Ａを配置することにより、振動発電装置６０の発電効率を向上することができる。

なお、図２９（Ｂ）に示されるように、踏板３８６が調整台３８８を支点として二次モードで振動する場合、振動の腹に応じて振動板３８６Ａを配置することも可能である。また、踏板３８６が三次モード以上で振動した場合についても同様である。即ち、振動板３８６Ａは、踏板３８６の振動特性に応じて、適宜配置すれば良い。

また、図３０に示されるように、踏板３８６を支持するささら桁３８４は、壁３８２及び床３９２を支点として振動する。従って、ささら桁３８４が壁３８２及び床３９２を支点として一次モードで振動した場合、ささら桁３８４の長手方向中央部でその振幅が最大となる。この場合、ささら桁３８４の長手方向中央部にある踏板３８６（踏板３８６Ｘ）に振動発電装置６０（図２８参照）を取り付けることにより、振動発電装置６０の発電効率を向上させることができる。
なお、前述したように、ささら桁３８４が壁３８２及び床３９２を支点として二次モード以上で振動する場合、各振動モードの腹に応じて踏板３８６を選択し、振動発電装置６０を取り付ければ良い。

更に、図３１（Ａ）に示されるように、ささら桁３８４の長手方向中央部に踏板３８６が存在しない場合、図３１（Ｂ）に示されるように、ボックス断面を有するささら桁３８４の壁３８２側の端部内に、剛性調整部材３９８を設け、ささら桁３８４の支点を床３９２側へ移動させても良い。この場合、ささら桁３８４が、剛性調整部材３９８の端部と床３９２を支点として振動するため、これらの支点間の中央部にある踏板３８６（踏板３８６Ｙ）に振動発電装置６０を取り付けることができる。また、剛性調整部材３９８を設けることにより、ささら桁３８４の固有振動数を変更することができる。

また、踏板３８６に開口３９０を形成し、当該開口３９０内に配置された振動板３８６Ａに振動発電装置６０を取り付けるため、振動発電装置６０の設置スペースが小さくなる。従って、小さい設置スペースに振動発電装置６０を設置することが可能となるため、振動発電装置６０の設置自由度が向上する。

次に、第３実施形態に係る階段の変形例について説明する。

図３２に示される階段４００では、壁３８２に立て掛けられた一本のささら桁３８４で、複数（図２８では、５つ）の踏板（振動体）４０２が支持されている。各踏板４０２は、その長手方向中央部が、ささら桁３８４に設けられた調整台３８８で支持されている。

踏板４０２の長手方向端部には、開口４０６がそれぞれ形成されている。この開口４０６内には板状の振動板４０２Ａが配置され、開口４０６が塞がれている。即ち、振動板４０２Ａは、踏板４０２の一部となっている。振動板４０２Ａは、板バネ等の弾性体からなる取付部材３９４（図２９（Ａ）参照）によって踏板３８６に取り付けられている。これにより、振動板４０２Ａが面外方向（振動方向Ｇ）に振動可能になっている。また、振動板４０２Ａの重量や取付部材３９４のばね定数（ばね剛性）は、振動板４０２Ａが踏板４０２と共振するように設定されている。これらの振動板４０２Ａと取付部材３９４によって振動増幅手段が構成されている。また、振動板４０２Ａの下面に振動発電装置６０が取り付けられている。

ここで、踏板４０２はささら桁３８４を支持点とした片持ち梁となっている。従って、人の歩行等によって踏板４０２が振動すると、踏板４０２の長手方向端部（自由端）でその振幅が最大となる。本変形例では、このように振幅が最大となる踏板４０２の長手方向端部（自由端）に振動板４０２Ａを設け、振動発電装置６０を取り付けている。従って、振動発電装置６０の発電効率が向上する。

また、片持ち梁形式の階段としては、例えば、図３３に示されるように、壁４０８及び当該壁４０８に固定された取付台４１０で踏板４１２を片持ち支持する階段４１４が知られている。この場合も、踏板４１２の自由端側に振動板４１２Ａを設け、当該振動板４１２Ａに振動発電装置６０を取り付けることにより、振動発電装置６０の発電効率が向上する。また、振動発電装置６０によって、踏板４１２の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される結果、踏板４１２の振動が低減される。この振動低減効果は、特に、踏板４１２に大きい振動が生じやすい片持ち梁形式の階段に有効である。

次に、参考例について説明する。

図３４（Ａ）〜図３４（Ｄ）には、第３実施形態に係る踏板３８６の下面に振動発電装置６０を取り付ける取付構造が示されている。

図３４（Ａ）では、踏板３８６の下面に取り付けられた断面Ｃ形のアングル４２６に、振動発電装置６０が取り付けられている。

図３４（Ｂ）では、アングル４２６に形成された開口４２８に振動板４３０が配置されている。この振動板４３０は、当該振動板４３０の外周に設けられた弾性体４３１によって、面外方向に振動可能にアングル４２６に取り付けられている。

図３４（Ｃ）では、踏板３８６の下面に、断面Ｔ形のアングル４３２が取り付けられている。このアングル４３２の先端には支持板４３４が略水平に設けられており、振動の振幅が最大となる支持板４３４の自由端側に振動発電装置６０がそれぞれ取り付けられている。

図３４（Ｄ）では、アングル４３２から水平方向へ張り出す支持板４３６の長さが、アングル４３２の右側と左側で異なっている。即ち、アングル４３２の右側と左側で、支持板４３６の固有振動数が異なる値に設定されている。

これらの取付構造では、踏板３８６に開口を形成しないため、既存の階段への振動発電装置６０の取り付けが容易となる。

なお、上記第１〜第３実施形態では、蓋体の外面又は振動板の下面に振動発電装置を取り付けたが、振動発電装置は、蓋体の内面又は振動板の上面に取り付けても良い。

また、上記第１、第２実施形態では、天井１４から吊り材１６で吊り下げられたダクト１０、配管３６０を例に説明したが、これに限らない。例えば、天井、床、又は支持台等に固定されたダクト、配管にも適用可能である。

以上、本発明の第１〜第３実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１〜第３実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ダクト（振動体）
１６吊り材（支持部材）
５０ダクトユニット（振動体）
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ側壁（振動面）
５２フランジ（リブ）
５４開口
５６流路
５８蓋体（振動増幅手段）
６０振動発電装置
６２取付部材（振動増幅手段）
６８振動増幅手段
１１４蓋体（振動増幅手段）
１１６取付部材（振動増幅手段）
１１８蓋体（振動増幅手段）
１２０蓋体（振動増幅手段）
１２２取付部材（振動増幅手段）
１２４蓋体（振動増幅手段）
１３０取付部（振動面の一部）
１５８リブ（振動増幅手段）
１６４ダクト
１６２Ａ、１６２Ｂ、１６２Ｃ、１６２Ｄ側壁（振動面）
１６６蓋体（振動増幅手段）
１６８開口
１８２取付部材（振動増幅手段）
１８４Ａ、１８４Ｂ、１８４Ｃ、１８４Ｄ側壁（振動面）
１８６ダクト（振動体）
２３０ダクト（振動体）
２３２ダクト（振動体）
２４０調整用ダクトユニット（振動体、ダクト）
２４２Ａ側壁（振動面）
２５２調整用ダクトユニット（振動体、ダクト）
２５２Ａ側壁（振動面）
２８６踏板（振動体）
３６０Ａ蓋体（振動増幅手段）
３６０配管（振動体）
３６４流路
３６６開口
３７０取付部材（振動増幅手段）
３８６踏板（振動体）
４０２踏板（振動体）
４１２踏板（振動体）

Claims

振動体と、
前記振動体の振動面に形成された開口内に配置されて該開口を塞ぐ蓋体又は振動板と、前記振動面に取り付けられ、前記蓋体又は前記振動板を揺動可能に支持すると共に該振動面の振動を前記蓋体又は前記振動板に伝達する取付部材と、を有し、前記蓋体又は前記振動板の振動を前記振動面よりも増幅させる振動増幅手段と、
前記蓋体又は前記振動板に取り付けられ、該振動面の一部の振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置と、
を備える振動発電システム。
振動体と、
前記振動体の振動面に、該振動面の一部を囲むように形成された複数の溝孔間に設けられた溝孔間リブを有し、前記振動面の一部の振動を、該一部を囲む前記複数の溝孔の外側の部分よりも増幅させる振動増幅手段と、
前記振動面の一部に取り付けられ、該振動面の一部の振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置と、
を備える振動発電システム。
前記振動体が、内部に流体が流れる流路を有している請求項１又は請求項２に記載の振動発電システム。
前記振動面が、複数の支持部材で支持されるダクト又は配管の外面であり、
前記蓋体又は前記振動面の一部が、前記ダクト又は前記配管の長手方向に隣接する前記支持部材の支持点間の中央部に位置している請求項１〜３の何れか１項に記載の振動発電システム。
前記支持部材が、前記ダクト又は前記配管を建物に吊り下げる吊り材である請求項４に記載の振動発電システム。
前記振動面が、角型ダクトの側面であり、
前記側面が、該側面から突出した複数のリブで該角型ダクトの長手方向に仕切られ、
前記蓋体又は前記振動面の一部が、前記リブで仕切られた前記側面の中央部に位置している請求項１〜３の何れか１項に記載の振動発電システム。